Design für die Herstellung

Zur Herstellung neu gestaltet

Design für die Herstellung (Auch manchmal bekannt als als Design für die Herstellung oder DFM) ist die allgemeine Ingenieurpraxis von Entwerfen Produkte so, dass sie leicht herzustellen sind. Das Konzept besteht in fast allen technischen Disziplinen, die Implementierung unterscheidet sich jedoch in Abhängigkeit von der Fertigungstechnologie stark. DFM beschreibt den Prozess des Entwerfens oder Technikes ein Produkt, um das zu erleichtern Herstellung Prozess, um die Herstellungskosten zu senken. DFM ermöglicht es, potenzielle Probleme in der Entwurfsphase zu beheben, was der kostengünstigste Ort ist, um sie anzugehen. Andere Faktoren können die Herstellbarkeit wie die Art des Rohstoffs, die Form des Rohstoffmaterials, die dimensionalen Toleranzen und die sekundäre Verarbeitung wie die Fertigstellung beeinflussen.

Abhängig von verschiedenen Arten von Herstellungsprozessen gibt es festgelegte Richtlinien für DFM -Praktiken. Diese DFM -Richtlinien tragen dazu bei, verschiedene Toleranzen, Regeln und gemeinsame Fertigungsprüfungen im Zusammenhang mit DFM genau zu definieren.

Während DFM für den Entwurfsprozess anwendbar ist, genannt ein ähnliches Konzept DFSS (Design für Six Sigma) wird auch in vielen Organisationen praktiziert.

Für gedruckte Leiterplatten (PCB)

In dem PCB Konstruktionsprozess führt DFM zu einer Reihe von Entwurfsrichtlinien, die versuchen, die Herstellung zu gewährleisten. Auf diese Weise können wahrscheinliche Produktionsprobleme während der Entwurfsphase angegangen werden.

Im Idealfall berücksichtigen DFM -Richtlinien die Prozesse und Fähigkeiten der Fertigungsbranche. Daher entwickelt sich DFM ständig weiter.

Wenn sich Produktionsunternehmen immer mehr Phasen der Prozesse weiterentwickeln und automatisieren, werden diese Prozesse tendenziell billiger. DFM wird normalerweise verwendet, um diese Kosten zu senken.[1] Wenn beispielsweise ein Prozess automatisch von Maschinen durchgeführt werden kann (d. H. SMT Platzierung und Löten von Komponenten), ein solcher Prozess ist wahrscheinlich billiger als von Hand.

Für integrierte Schaltungen (IC)

Erzielung hochringender Entwürfe im Stand der Technik VLSI Die Technologie ist aufgrund der Miniaturisierung sowie der Komplexität der führenden Produkte zu einer äußerst herausfordernden Aufgabe geworden. Hier enthält die DFM -Methodik eine Reihe von Techniken zur Änderung des Designs von integrierte Schaltkreise (IC) Um sie herstellbarer zu machen, d. H. Um ihre funktionale Ertrag, die parametrische Ertrag oder ihre Zuverlässigkeit zu verbessern.

Hintergrund

Traditionell bestand DFM im Pre-Nanometer-Ära aus einer Reihe verschiedener Methoden, die versuchten, einige weiche (empfohlene) Entwurfsregeln in Bezug Physikalisches Layout einer integrierten Schaltung. Diese DFM -Methoden funktionierten hauptsächlich auf der gesamten Chip -Ebene. Darüber hinaus wurden schlimmste Case-Simulationen auf verschiedenen Abstraktionsebenen angewendet, um die Auswirkungen von Prozessvariationen auf die Leistung und andere Arten des parametrischen Ertragsverlusts zu minimieren. Alle diese verschiedenen Arten von Worst-Case-Simulationen basierten im Wesentlichen auf einem Basissatz von Worst-Case (oder Ecke) WÜRZEN Geräteparameterdateien, die die Variabilität der Transistorleistung über den gesamten Variationsbereich in einem Herstellungsprozess darstellen sollten.

Taxonomie von Ertragsverlustmechanismen

Die wichtigsten Rendite Loss -Modelle (YLMs) für VLSI -ICs können basierend auf ihrer Natur in verschiedene Kategorien eingeteilt werden.

  • Funktioneller Ertragsverlust ist nach wie vor der dominierende Faktor und wird durch Mechanismen wie Fehlverarbeitung (z. B. Geräteprobleme), systematische Effekte wie Druckbarkeit oder planarisierende Probleme und rein zufällige Defekte verursacht.
  • Hochleistungsprodukte können ausstellen Parametrische Entwurfsmarginalitäten verursacht entweder durch Prozessschwankungen oder durch Umweltfaktoren (z. B. Versorgungsspannung oder Temperatur).
  • Das Testrenditeverluste, die durch falsche Tests verursacht werden, können auch eine bedeutende Rolle spielen.

Techniken

Nach dem Verständnis der Ursachen für Ertragsverlust besteht der nächste Schritt darin, das Design so resistent wie möglich zu gestalten. Zu den hier verwendeten Techniken gehören:

  • Ersetzen von Zellen mit höherer Ertrag, bei denen Timing, Leistung und Routabilität zulässig sind.
  • Ändern des Abstands und der Breite der Verbindungsdrähte nach Möglichkeit
  • Optimierung der Redundanz in internen Erinnerungen.
  • Ersatzfehlertolerant (überflüssig) vias in einem Entwurf, wo möglich

All dies erfordern ein detailliertes Verständnis der Ertragsverlustmechanismen, da diese Veränderungen gegeneinander abschneiden. Zum Beispiel die Einführung von redundant Vias Verringert die Wahrscheinlichkeit durch Probleme, erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Shorts. Ob dies eine gute Idee ist, hängt daher von den Details der Ertragsverlustmodelle und den Eigenschaften des jeweiligen Designs ab.

Für CNC -Bearbeitung

Zielsetzung

Ziel ist es, günstigere Kosten zu entwerfen. Die Kosten werden nach der Zeit angetrieben, sodass das Design die Zeit minimieren muss, die nicht nur für Maschinen (das Material entfernen), sondern auch die Einstellungszeit des CNC-Maschine, NC -Programmierung, Leuchten und viele andere Aktivitäten, die von der Komplexität und Größe des Teils abhängig sind.

Einstellungszeit des Operationen (Flip des Teils)

Es sei denn, eine 4. &/oder 5. Achse wird verwendet, a CNC kann sich nur dem Teil aus einer einzigen Richtung nähern. Eine Seite muss gleichzeitig bearbeitet werden (als Operation oder OP bezeichnet). Dann muss das Teil von Seite zu Seite umgedreht werden, um alle Merkmale zu bearbeiten. Die Geometrie der Merkmale bestimmt, ob das Teil umgedreht werden muss oder nicht. Je mehr OPs (Flip des Teils), desto teurer ist das Teil, weil es eine erhebliche Zeit "Setup" und "Last/Entladen" verursacht.

Jeder Vorgang (Flip des Teils) hat eine Einstellungszeit, Maschinenzeit, Zeit zum Laden/Entladen von Tools, Zeit zum Laden/Entladen von Teilen und Zeit, um das NC-Programm für jeden Vorgang zu erstellen. Wenn ein Teil nur 1 Betrieb hat, müssen Teile nur einmal geladen/entladen werden. Wenn es 5 Vorgänge hat, ist die Last-/Entladenzeit erheblich.

Die niedrig hängende Früchte minimieren die Anzahl der Operationen (Flip des Teils), um erhebliche Einsparungen zu erzielen. Zum Beispiel kann es nur 2 Minuten dauern, um das Gesicht eines kleinen Teils zu bearbeiten, aber es dauert eine Stunde, um die Maschine einzustellen. Oder wenn es 5 Operationen zu je 1,5 Stunden, aber nur 30 Minuten Gesamtmaschinenzeit gibt, werden 7,5 Stunden für nur 30 Minuten Bearbeitung aufgeladen.[2]

Schließlich spielt die Lautstärke (Anzahl der Teile zu Maschinen) eine entscheidende Rolle bei der Amortisierung der Einstellungszeit, der Programmierzeit und anderer Aktivitäten in die Kosten des Teils. Im obigen Beispiel könnte der Teil in Mengen von 10 10 bis 10 -fach die Kosten in Mengen von 100 kosten.

In der Regel zeigt sich das Gesetz der Abnahme der Renditen mit Volumina von 100–300, da die Einstellungszeiten, benutzerdefinierte Werkzeuge und Leuchten in das Geräusch abgeschrieben werden können.[3]

Materialtyp

Zu den am einfachsten bearbeiteten Metallenarten gehören Aluminium, Messingund weichere Metalle. Wenn Materialien schwieriger, dichter und stärker werden, wie z. Stahl, rostfreier Stahl, Titanund exotische Legierungen werden viel schwerer zu maschine und dauern viel länger, wodurch weniger hergestellt werden kann. Die meisten Arten von Kunststoff sind leicht zu maschine, obwohl die Zugabe von Glasfaser oder Kohlefaser die Bearbeitbarkeit verringern kann. Besonders weiche Kunststoffe und gummiartige Kunststoffe können eigene Maschinenprobleme haben.

Materielle Form

Metalle kommen in allen Formen. Im Fall von Aluminium als Beispiel sind Stangenbestände und Platten die beiden häufigsten Formen, aus denen bearbeitete Teile hergestellt werden. Die Größe und Form der Komponente kann bestimmen, welche Form des Materials verwendet werden muss. Es ist üblich, dass technische Zeichnungen ein Formular über das andere angeben. Die Stangenbestände sind in der Regel nahe 1/2 der Plattenkosten pro Pfund. Obwohl die Materialform nicht direkt mit der Geometrie der Komponente zusammenhängt, können die Kosten in der Entwurfsphase entfernt werden, indem die kostengünstigste Form des Materials angegeben wird.

Toleranzen

Ein wesentlicher Faktor für die Kosten einer bearbeiteten Komponente ist die geometrische Toleranz, für die die Merkmale hergestellt werden müssen. Je enger die erforderliche Toleranz, desto teurer wird die Komponente. Geben Sie beim Entwerfen die lockerste Toleranz an, die der Funktion der Komponente dient. Toleranzen müssen nach Feature -Basis angegeben werden. Es gibt kreative Möglichkeiten, um Komponenten mit niedrigeren Toleranzen zu entwickeln, die noch mit höheren Toleranzen ausgeführt werden.

Design und Form

Da die Bearbeitung ein subtraktiver Prozess ist, ist die Zeit zum Entfernen des Materials ein wesentlicher Faktor bei der Bestimmung der Bearbeitungskosten. Das Volumen und die Form des zu entfernenden Materials sowie wie schnell die Werkzeuge gefüttert werden können, bestimmt die Bearbeitungszeit. Beim Benutzen FräserDie Festigkeit und Steifheit des Werkzeugs, das teilweise durch das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Werkzeugs bestimmt wird, spielt die größte Rolle bei der Bestimmung dieser Geschwindigkeit. Je kürzer das Werkzeug relativ zu seinem Durchmesser ist, desto schneller kann es durch das Material gefüttert werden. Ein Verhältnis von 3: 1 (l: D) oder unter ist optimal.[4] Wenn dieses Verhältnis nicht erreicht werden kann, kann eine hier dargestellte Lösung verwendet werden.[5] Bei Löchern ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Werkzeuge weniger kritisch, sollte jedoch unter 10: 1 gehalten werden.

Es gibt viele andere Arten von Funktionen, die mehr oder weniger teuer sind. Im Allgemeinen kosten Chamfers an maschinellen als Radien an den äußeren horizontalen Kanten weniger. 3D -Interpolation wird verwendet, um Radien an Kanten zu erstellen, die nicht auf derselben Ebene liegen, die die Kosten 10 -fach entstehen.[6] Unterschnitte sind teurer für die Maschine. Funktionen, die kleinere Werkzeuge erfordern, unabhängig vom Verhältnis von L: D, sind teurer.

Entwurf zur Inspektion

Das Konzept von Entwurf zur Inspektion (DFI) sollte in Zusammenarbeit mit zusammenarbeiten und arbeiten Design für die Herstellung (Dfm) und Design für die Montage (DFA) Reduzierung der Produktherstellungskosten und zur Erhöhung der Herstellungspraktikabilität. Es gibt Fälle, in denen diese Methode Kalenderverzögerungen verursachen kann, da sie viele Stunden zusätzliche Arbeiten verbraucht, z. Um dies anzugehen, wird vorgeschlagen, dass Organisationen anstelle von regelmäßigen Inspektionen den Rahmen der Ermächtigung anwenden könnten, insbesondere in der Phase der Produktentwicklung, wobei das Geschäftsleiter den Projektleiter ermöglicht, die Herstellungsprozesse und Ergebnisse gegen die Erwartungen der Produktleistung, Kosten, Kosten, Kosten zu bewerten, die Kosten, Kosten, Kosten , Qualität und Entwicklungszeit.[7] Experten zitieren jedoch die Notwendigkeit des DFI, weil er in der Leistung von entscheidender Bedeutung ist und QualitätskontrolleErmittlung von Schlüsselfaktoren wie Produktzuverlässigkeit, Sicherheit und Lebenszyklen.[8] Für ein Luft- und Raumfahrt Komponentenunternehmen, wo die Inspektion obligatorisch ist, ist die Eignung des Herstellungsprozesses für die Inspektion erforderlich. Hier wird ein Mechanismus wie ein Inspektabilitätsindex übernommen, der Konstruktionsvorschläge bewertet.[9] Ein weiteres Beispiel für DFI ist das Konzept der kumulativen Anzahl der Konformierdiagramme (CCC -Diagramm), das in der Inspektions- und Wartungsplanung für Systeme angewendet wird, bei denen verschiedene Arten von Inspektion und Wartung verfügbar sind.[10]

Design für die additive Fertigung

Hauptartikel: Design für die additive Fertigung

Additive Fertigung Erweitert die Fähigkeit eines Designers, das Design eines Produkts oder Teils zu optimieren (z. B. Materialien zu sparen). Designs, die auf die additive Herstellung zugeschnitten sind, unterscheiden sich manchmal stark von Designs, die auf die Bearbeitung oder die Bildung von Fertigungsbetrieben zugeschnitten sind.

Aufgrund einiger Größenbeschränkungen von additiven Fertigungsmaschinen werden die damit verbundenen größeren Designs manchmal in kleinere Abschnitte mit Selbstorganisationsmerkmalen oder Befestigungslokatoren aufgeteilt.

Ein gemeinsames Merkmal von additiven Fertigungsmethoden, wie z. Modellierung der Ablagerung, ist die Notwendigkeit von vorübergehenden Unterstützungsstrukturen für überhängende Teilmerkmale. Nachbearbeitung der Entfernung dieser temporären Unterstützungsstrukturen erhöht die Gesamtkosten für die Herstellung. Teile können für die additive Herstellung ausgelegt werden, indem die Notwendigkeit von temporären Unterstützungsstrukturen beseitigt oder verringert wird. Dies kann durch die Begrenzung des Winkels der Überhängungsstrukturen auf weniger als die Grenze der angegebenen additiven Herstellungsmaschine, des Materialiens und des Prozesses (z. B. weniger als 70 Grad von vertikal) begrenzt werden.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Dolcemascolo, Darren. "DFM hilft den Herstellern, die Kosten zu senken und gleichzeitig den Wert aufrechtzuerhalten". Zuverlässige Pflanze.
  2. ^ "Wie gestalte ich billige bearbeitete Teile und warum? - Parametrische Herstellung". 3. September 2016.
  3. ^ "Leitfaden zum CNC -Bearbeitungsprototyp und -produktion - Parametrische Herstellung".
  4. ^ Inc., Efunda. "Mahlen: Designregeln".
  5. ^ "Designhandbuch" (PDF). Pro CNC. Abgerufen 30. Januar, 2017.
  6. ^ "Der Nr. 1 Killer zu einem niedrigen Preisträger CNC -bearbeiteten Teil - Parametrische Herstellung - CNC -Maschinenwerkstatt + Draht EDM". 17. Juli 2016.
  7. ^ Anderson, David (2004). Design für Herstellbarkeit und gleichzeitige Engineering: So Design für niedrige Kosten, Design in hoher Qualität, Design für Lean Manufactury und schnelles Design für schnelle Produktion. Cambria, CA: CIM Press. p. 28. ISBN 978-1878072238.
  8. ^ Gupta, Praveen (2006). Six Sigma Business Scorecard, Kapitel 3 - Bedarf an Six Sigma Business Scorecard. New York: McGraw Hill Professional. p. 4. ISBN 9780071735117.
  9. ^ Stolt, Roland; Elgh, Frederik; Andersson, Petter (2017). "Entwurf zur Inspektion - Bewertung der Überprüfbarkeit von Luft- und Raumfahrtkomponenten in den frühen Stadien des Designs". Verfahrensherstellung. 11: 1193–1199. doi:10.1016/j.promfg.2017.07.244 - über Elsevier Science Direct.
  10. ^ Chan, Ling-yau; Wu, Shaomin (1. Oktober 2009). "Optimales Design für Inspektions- und Wartungsrichtlinien basierend auf dem CCC -Diagramm". Computer und Industrie -Engineering. 57 (3): 667–676. doi:10.1016/j.cie.2008.12.009. ISSN 0360-8352.

Quellen

  • Mentorgrafik - DFM: Was ist es und was wird es tun? (Muss das Anforderungsformular ausfüllen).
  • Mentorgrafik - DFM: Magic Bullet oder Marketing Hype (Muss das Anforderungsformular ausfüllen).
  • Elektronische Designautomatisierung für integrierte Schaltkreise Handbuch, von Lavagno, Martin und Scheffer, ISBN0-8493-3096-3 Eine Übersicht über das Feld von Eda. Die obige Zusammenfassung wurde mit Genehmigung aus Band II, Kapitel 19, abgeleitet Konstruktion für die Herstellung in der Nanometer -Äravon Nicola Dragone, Carlo Guardiani und Andrzej J. Strojwas.
  • Design für Herstellbarkeit und statistisches Design: Ein konstruktiver Ansatz, von Michael Orshansky, Sani Nassif, Duane Boning ISBN0-387-30928-4
  • Schätzung des Raums ASICs mit SEER-IC/H, von Robert Cisneros, Tecolote Research, Inc. (2008) Vollständige Präsentation

Externe Links